MEMS微加速度计的设计与性能控制(三)

图5  弹簧结构示意图

              （7）
其中,E是杨氏模量，h是弹片的厚度，w是弹片的宽度，l是弹簧结构的长度。为了得到稳定的感应器参数，弹簧的劲度系数必须严格控制。根据上面的公式我们可以看出弹簧的劲度系数正比于弹片宽度的三次方，故这正是控制劲度系数的关键。因此，应尽量保持弹片的宽度各处均匀。
4.2  阻尼因子的控制
 对于阻尼器，一般有两种模式，第一种是结构阻尼，是由结构层之间的摩擦产生的；第二种是空气粘滞阻尼，是由大气压力产生的，它比第一种模式的阻尼能力强得多。一般采用第一种模式；这种结构的阻尼因子一般是由实验确定的：
 （8）
其中μ是空气的有效粘滞系数，t是可动臂的梳指厚度，d是梳指间的间隙宽度，l是梳指长度。在大气压强为760torr，温度为293K的环境下，粘滞系数为1.5610-5kg/m.s。如果图1的基本单元数为28，则可以计算得相应的阻尼因子为2.710-6kg/s。经过上面的分析，我们可以通过改变梳指的尺寸和间隙的大小来控制阻尼因子，从而达到实际应用要求。
4.3   灵敏度的控制
 感应器的灵敏度是微加速度计中的关键性的技术指标，它是这样来定义的，即用输出电压与输入加速度的比值，见下式：
   （9）
其中CP是寄生电容（见图1）。由上式可得，要提高灵敏度，必须增大质量块的质量和调制电容，或者减小弹簧劲度系数、梳指间距、以及寄生电容与感应电容的比值。既然m与d是由加工工艺决定的，只能通过调整k与Vm，才能有效地提高灵敏度。另外，由图5还可以看到，通过增加弹簧构造中弯折部分的个数也可以来减小k。
五  结论
 本文对MEMS电容式微加速度计的结构和工作原理进行了分析，简单地给出了其制造工艺流程，分析了影响加速度计性能的各种因素，给出了几种主要技术指标的设计要点。通过这些工作，可得到以下结论：
电容式结构简单，灵敏度高，便于制造；
弹簧的劲度系数与弹片的材料、尺寸以及弯折状况有关；与弹片的宽度呈立方关系；
阻尼因子与梳指状可动臂的厚度呈立方关系；
加速度计的灵敏度不仅与质量块的质量、弹簧的劲度系数、梳指的间距有关，而且也与工作状态（输入电压）有关。
六  见习感受
 就在这个不平常的暑假，我们军政学者二十四人在校党委副书记李恒斌、学生处处长刘宏等领导的带领下，来到了仰慕已久的古城西安，为期三天的见习生活就这样拉开了序幕。
 首先，我们有幸目睹了航天九院七七一研究所（骊山微电子公司）的容颜，在此，大型的集成电路板，铬板生产线深深的吸引了我，特别是在生产线周围忙忙碌碌的工作人员的那种默默无闻、无私奉献的敬业精神。生产车间的现代话气息以及研究人员的工作环境使我的心灵受到了永久的震撼，久久不能忘怀。为此，这将激励我更加奋发图强，学成一身本领，在这样充满高科技气息的环境下施展才华、报效祖国。
 参观之后的座谈会上，双方领导发表了热情洋溢而又有实际意义的讲话后，我们和校友进行了紧密交往，在交谈中，我不仅受到了亲切的鼓励，而且了解到了研究所取得的令世人赞叹不已的可喜成就，且不提公司是“五一”奖章获得者，成功地发射了一百五十四次火箭，在全国八个第一的好成绩，就足以让同行汗颜，让国人拍手叫绝。
我们参观的第二站西北核物理研究所，这一研究所呈现出与前者不同的景象，其中西安脉冲反应堆的运转，爆炸力学研究室的工作情况，闪光二号加速器的近况是我们参观重点，再一次体会了高科技成果的神奇力量，同时也认识到了学习书本知识和实践结合的重要性，座谈会上校领导提出了向校友学习，解放思想，积极创新，开拓进取的口号。

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